电压保护的半导体电桥发火器元件制造技术

半导体电桥发火器装置（１０）具有整体电压抗熔断保护功能，该装置的电路包括第一点火引脚和一个可以选用的监测器引脚。第一点火引脚包括第一个半导体电桥该电桥具有半导体垫片（１４ａ，１４ｂ）相互分开并用电桥（１４ｃ）连接；被喷涂了金属的接合面（１６ａ，１６ｂ）放置在垫片（１４ａ，１４ｂ）之上。因此通过被喷涂了金属的接合面（１６ａ，１６ｂ）所施加的电源能引起足够大的电流流过电路的点火引脚，在电桥（１４ｃ）上释放能量。介电层（１５）被插入到第一点火引脚内，其击穿电压等于已选定的门限值电压（Ｖ↓［ｔｈ］），因此提供防止装置在低于门限值（Ｖ↓［ｔｈ］）的电压下工作。电路中的连续监测器引脚是由一个与第一点火引脚并联的可熔断链路连接（３４）或电阻器（３６）组成的。也可能提供第二点火引脚。它包括一个与第一半导体电桥构成相似的第二半导体电桥，只不过安装它是用于接收与第一半导体电桥接收的电压极性相反的电压，这是为了减小点火电压的波动。为了例如，减弱静电的影响，还可以使用一个电容器与第一点火引脚并联。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
电压保护的半导体电桥发火器元件的制作方法 专利技术背景交叉引用相关专利申请本项专利申请是一项美国专利申请的部分延续。原专利申请的序号为08/985,926，于1997年11月5日提交，题目为“带电压保护的半导体电桥发火器元件”，该项专利要求享有申请专利号为60/034,015的临时专利申请的优先权。后者于1997年1月6日提交，题名为“半导体电桥(SCB)元件的高压保护”。SCB元件的电压保护是一种高度合乎需要的安全特性，用于防止出现杂散电压时引爆装置运行的事故。例如，电磁波能量，尤其是射电频谱，可能引起SCB元件中出现杂散电压。因此，例如为了防止非计划性地起动SCB，在船上、或在石油勘探平台上、或在其它使用各种各样高能射频装置的地方使用SCB元件需要提供高压保护。通常，高压保护能防止低于门限值的电压(Vth)的电压在SCB中引入电流。然而，对于高于Vth的电压，就会有足够幅度的电流流过SCB，以致让SCB起作用，结果生成等离子体去引爆与SCB直接接触放置的炸药或实现其它预定的功能。因此，Vth被定义为SCB起作用前必须被超过的电压。这种门限值电压通常在10V左右到1000V左右的范围内。提供SCB的高压保护功能可以通过各种各样的方法，例如，火花间隙、近似本征半导体膜或基片，以及半导体二极管，这一点已为熟知。火花间隙是由一对封装在气体中或真空环境中的电极构成的，电极之间相隔一定的距离或“间隙”。这一间隙通常决定了装置的击穿电压或门限值电压。该“间隙”在装配过程中必须被精确、一致地控制，以便减小门限值电压的变化范围。这种被高度控制的封装和电极间距的工序的成本是很高的。这种火花间隙方法的另一缺点是除非瞬间施加一个远高于火花间隙击穿电压的电压，否则SCB的连续性不易监测。这样的解决方案当然会导致高电流流经SCB中的不安全状态出现。近似本征半导体膜或基片也可以被用于实现电压保护。近似本征半导体被设计成具有一定的体积，并选定了特定的电阻值。这样，当施加的电压超过Vth时，就会产生足够的热量，生成额外的载流子，它们将降低装置的电阻，最终引起电流。这种电流是本征半导体典型表现出的负微分电阻特性的结果。近似本征半导体膜要求掺杂度很低，这一点很难控制，因为掺杂度主要依赖于两种过程i)热效应，例如散热和/或热退火(如离子注入后)，ii)半导体膜就地生成过程中对不纯度的高度可控。除了难于控制低掺杂度外，近似本征元件的阻抗和尺寸也都需要正确设计，以便让可用能量尽快地被释放成热，使膜汽化生成等离子体，由等离子体引爆炸药。半导体二极管被用于防止由施加的低于特征击穿电压或门限值电压的电压所产生的电流。当在二极管中以反向模式加偏压时，该门限值电压会出现在二极管的接头处。然而，当在二极管以正向模式加偏压时，这种保护功能就失效了，因此这类用二极管保护的SCB是一种有极化的装置。为了解决这类极化问题，背对背式二极管被与SCB串接使用以提供SCB在两个极性上的保护。然而，这种方法的主要缺点是对于单个二极管要获得高击穿电压就要求降低掺杂度，而且对于不同的击穿电压值就要求不同的膜片(基片)。例如，一个具有500V击穿电压的二极管要求基片的掺杂浓度低于每立方厘米1015，这几乎不可能实现，因为很难控制到这样低的杂质浓度。避免这种低掺杂度要求的一种解决措施是使用多个低电压的二极管以背对背的形式布置，并与SCB串联。当然这样就导致了更为复杂的设计，还要占用更大的芯片面积。这类背对背二极管方法的另一缺点是除非瞬间施加一个远高于二极管击穿电压的电压，否则SCB的连续性难于监测。这样解决方法当然会导致在SCB中流过大电流的不安全状态。因此，除了需要改进结构以提供SCB的高压保护外，同时，还需要改进结构实现在制造过程和使用之前期间内能够在不同的点上连续监测SCB装置。按本专利技术，这里特别提供具有防止在低于预定门限值电压下工作的保护功能的半导体电桥发火器装置。发火器装置确定一电路包括以下元件。基片是由不导电的材料制成，第一半导体电桥被放置在基片上。第一半导体电桥包括放在基片上的多晶硅层，基片的尺寸和布置形式使第一和第二垫片之间具有间隙，该间隙用连接着第一和第二垫片的引爆电桥连接。电桥的尺寸和布置形式保证具有选定特性的电流的通路能在电桥处释放能量。被喷涂了金属的第一、第二接合面放置得分别与第一、第二垫片电导通接触，由此形成电路的第一点火引脚是由被喷涂了金属的第一、第二接合面，第一、第二垫片和电桥组成。介电材料被串插到电路的第一点火引脚中，其击穿电压等于门限值，只有所施加的电压至少达到门限值电压时电路才能被闭合。第二半导体与第一半导体电桥并联，被放置在基片上。第二半导体电桥包括放置在基片上的多晶硅层，基片的尺寸和布置形式保证第一和第二垫片之间具有一个间隙，其用连接第一和第二垫片的引爆电桥进行连接。电桥的尺寸和布置形式保证具有选定特性的电流的通路在电桥上释放能量。被喷涂了金属的第一和第二接合面被配置成分别与第一、第二垫片电导通接触，由此确定电路的第二点火引脚是由被喷涂了金属的第一、第二接合面，第一、第二垫片和电桥组成。介电材料被串插到电路的第二点火引脚中，其击穿电压等于门限值电压，只有所施加的电压至少达到门限值电压时电路才能被闭合。第一半导体电桥和第二半导体电桥在电路中被布置使得每个电桥被连接去接收与另一个电桥所接收的电压极性相反的电压。在本专利技术的另一方面中，第一半导体电桥中的介电材料是被插在第一半导体电桥的多晶硅层和第一半导体电桥的被喷涂了金属的接合面之间的介电层。在本专利技术的另一方面中，第二半导体电桥中的介电材料是被插在第二半导体电桥的多晶硅层和第二半导体电桥的被喷涂了金属的接合面之间的介电层。仍在本专利技术的另一方面中，第一半导体电桥的第一被喷涂了金属的接合面和第二半导体电桥的被喷涂了金属的第一接合面组合在一起形成了第一导电层。同样，第一和第二半导体电桥的被喷涂了金属的第二接合面也组合在一起形成第二导电层。仍在本专利技术的另一方面中，多晶硅层可以被掺杂。在本专利技术的其它方面中，电路可能包括一个与第一、第二点火引脚并联的电容器。本专利技术另一方面规定电路还包括连续监测器引脚，该引脚包括一个与第一、第二点火引脚并联的可熔断链路。可熔断链路包括一层薄膜可熔断链路，其尺寸和布置形式使得它能在高于选定的监测器电流强度的电流下击穿，即如果超过监测器电流强度，那么可熔断链路将击穿，断开监测器引脚。本专利技术另一方面规定电路还包括连续监测器引脚，该引脚包括一个与第一、第二点火引脚并联的电阻器。电阻器可包括多晶硅层或不导电基片中一段被掺杂的部分。在任何一种情况中，电阻器的阻值都要足够大，以便将流经电路第一、第二点火引脚中的电流减弱到一定程度(因此减少了芯片中生成的热量)，使第一和第二半导体电桥装置中的温度始终低于预先选定的温度。在本专利技术的相关方面其中，半导体电桥发火器装置包括一个电引爆装置，放置半导体电桥发火器装置为与高能物质如初级炸药接触，预先选定的温度是高能物质的自燃温度。在本专利技术的另一方面中，电阻器可能包括第一半导体电桥的多晶硅层的一段掺杂部分或包括基片的一段掺杂部分。本专利技术的其它方面提供，基片被分割成第一和第二基片，其中第一半导体电桥放在第一基片上，第二半导体电桥放在第二基片上。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体电桥发火器装置具有防止在低于预定门限值电压的电压下起作用的保护功能，这种发火器装置限定一个电路和包括：一种由非导电材料构成的基片；和第一半导体电桥，它包括：（ａ）放在基片上的多晶硅层，其尺寸和布置形式使第一和第二垫片之 间具有一个间隙，其上跨接着一个用于连接第一和第二垫片的引爆电桥，电桥的尺寸和布置形式使选定特性的电流的通路能在电桥上释放能量；（ｂ）被喷涂了金属的第一和第二接合面放置得分别与第一和第二垫片电导通接触，由此确定的电路的第一点火引脚包括被喷 涂了金属的第一和第二接合面、第一和第二垫片、电桥；和（ｃ）介电材料，它具有等于门限值电压的击穿电压，并被串联插到电路的第一点火引脚中，由此只有当施加其上的电压至少等于门限值电压时电路才闭合；第二半导体电桥与第一半导体电桥并联，第二半 导体电桥被放在基片上，它包括：（ａ）放在基片上的多晶硅层，其尺寸和布置形式使第一和第二垫片之间具有一个间隙，其上跨接着一个用于连接第一和第二垫片的引爆电桥，电桥的尺寸和布置形式使选定特性的电流的通路能在电桥上释放能量；（ｂ）被喷涂了 金属的第一和第二接合面放置得分别与第一和第二垫片电导通接触，由此确定的电路的第二点火引脚，其包括被喷涂了金属的第一和第二接合面、第一和第二垫片和电桥；和（ｃ）介电材料具有等于门限值电压的击穿电压，并被串接插到电路的第二点火引脚中，由此只 有当施加其上的电压至少等于门限值电压时电路才能闭合；其中第一半导体电桥和第二半导体电桥在电路中的布置使各个电桥在连接时只能接收与另一电桥所接收的电压极性相反的电压。...

【技术特征摘要】
US 1999-6-15 09/333,105范围内包括所有这类修改措施。权利要求1.一种半导体电桥发火器装置具有防止在低于预定门限值电压的电压下起作用的保护功能，这种发火器装置限定一个电路和包括一种由非导电材料构成的基片；和第一半导体电桥，它包括(a)放在基片上的多晶硅层，其尺寸和布置形式使第一和第二垫片之间具有一个间隙，其上跨接着一个用于连接第一和第二垫片的引爆电桥，电桥的尺寸和布置形式使选定特性的电流的通路能在电桥上释放能量；(b)被喷涂了金属的第一和第二接合面放置得分别与第一和第二垫片电导通接触，由此确定的电路的第一点火引脚包括被喷涂了金属的第一和第二接合面、第一和第二垫片、电桥；和(c)介电材料，它具有等于门限值电压的击穿电压，并被串联插到电路的第一点火引脚中，由此只有当施加其上的电压至少等于门限值电压时电路才闭合；第二半导体电桥与第一半导体电桥并联，第二半导体电桥被放在基片上，它包括(a)放在基片上的多晶硅层，其尺寸和布置形式使第一和第二垫片之间具有一个间隙，其上跨接着一个用于连接第一和第二垫片的引爆电桥，电桥的尺寸和布置形式使选定特性的电流的通路能在电桥上释放能量；(b)被喷涂了金属的第一和第二接合面放置得分别与第一和第二垫片电导通接触，由此确定的电路的第二点火引脚，其包括被喷涂了金属的第一和第二接合面、第一和第二垫片和电桥；和(c)介电材料具有等于门限值电压的击穿电压，并被串接插到电路的第二点火引脚中，由此只有当施加其上的电压至少等于门限值电压时电路才能闭合；其中第一半导体电桥和第二半导体电桥在电路中的布置使各个电桥在连接时只能接收与另一电桥所接收的电压极性相反的电压。2.如权利要求1的发火器装置，其中第一半导体电桥的介电材料是插在第一半导体电桥的多晶硅层和第一半导体电桥中被喷涂了金属的第一接合面之间的一层介电层。3.如权利要求2的发火器装置，其中第二半导体电桥的介电材料是插在第二半导体电桥的多晶硅层和第二半导体电桥中被喷涂了金属的第二接合面之间的一层介电层。4.如权利要求3的发火器装置，其中第一半导体电桥的被喷涂了金属的第一接合面和第二半导体电桥的被喷涂了金属的第一接合面结合在一起形成了第一导电层，而第一半导体电桥的被喷涂了金属的第二接合面和第二半导体电桥的被喷涂了金属的第二接合面结合在一起形成了第二导电层。5.如权利要求1至4之一的发火器装置，其中多晶硅层是经过掺杂的。6.如权利要求1至4之一的发火器装置，其中电路还包括与第一和第二点火引脚并联的电容器。7.如权利要求1至4之一的发火器装置，其中电路还包括一个放在基片上的电容器，该电容器与第一和第二点火引脚并联。8.如权利要求1至4之一的发火器装置，其中电路还包括连续性监测器引脚，其包括与第一和第二点火引脚并联的可熔断链路，可熔断链路的尺寸和布置形式使其...

【专利技术属性】
技术研发人员：B马蒂尼兹托瓦，MC福斯特，DB诺沃特尼，
申请(专利权)人：恩赛比克福德航空防卫公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]